Synergistic interactions of electronic modulation and low crystallization in Ru-RuO2/C heterostructure for highly efficient multifunctional electrocatalysis

电催化剂 结晶 异质结 调制(音乐) 材料科学 化学工程 化学 光电子学 电化学 物理化学 物理 电极 有机化学 声学 工程类
作者
Cong Ye,Di Dou,Limin Zhang,Haibin Wang,Mengling Liu,L. Chen,Qiuping Zhao,Chunlei Li
出处
期刊:Fuel [Elsevier]
卷期号:367: 131472-131472
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2024.131472
摘要

Developing electrocatalysts with multifunctional performance is crucial for hydrogen energy storage and conversion, but still a great challenge. Herein, an efficient trifunctional electrocatalyst with heterostructure is fabricated by a sequential reduction and annealing approach. With different annealing atmospheres, Ru-RuO2/C electrocatalysts having different Ru/RuO2 atomic ratios or different crystallinities were achieved. Among these electrocatalysts, Ru-RuO2/C annealed from N2-air mixed atmosphere (Ru-RuO2/C 250NA) displays the most excellent performance, affording overpotential values of 30.63 mV for alkaline hydrogen evolution reaction (HER) and 273.42 mV for alkaline oxygen evolution reaction (OER) at 10 mA cm−2, much lower than those of state-of-the-art Pt/C (η10, HER = 46.57 mV) and RuO2 (η10, OER = 288.99 mV). Not only that, it also delivers favorable activity for alkaline hydrogen oxidation reaction (HOR), with 2.1 times of mass specific exchange current density than that of Pt/C. The experimental and theoretical investigations prove the electron rearrangement at Ru and RuO2 interface with abundant defects and amorphous/crystalline structures. The synergistic effect of dual active sites simultaneously optimizes H and OH as well as H2O adsorption energies, endowing the Ru-RuO2/C 250NA as the preferential electrocatalysts.

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